基于FLUENT的抽油机用滑动轴承数值模拟.pdf

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1、20一■论文广场石20油11与年化第工14设卷备一基于FLUENT的抽油机用滑动轴承数值模拟龙华(长庆油田公司机械制造总厂，陕西西安71O2O1)[摘要]针对抽油机用滑动轴承压力油流动的复杂性，运用计算流体动力学软件FLUENT对滑动轴承在不同压强入口、不同偏心率情况下的压力场分布进行研究，得到了滑动轴承内流场的压力分布图，并进一步分析了承载力与偏心率、入口压强的关系，为抽油机滑动轴承的设计提供了理论依据。[关键词]滑动轴承；计算流体动力学；压力场；有限元抽油机是油田常用机械采油设备，在全天室，并为这些腔室配备了一定压力的供油系统，候露天条件下工作，受到低速、重载、不稳定的这

2、样增加了整个滑动轴承的润滑性能，提高了轴变载荷作用，要求具有较高的可靠性。目前，国承的可靠性。内游梁式抽油机的中央轴承座多采用内圈有单挡1．1FLUENT计算模型的建立边的短圆柱滚子轴承，抽油机二级齿轮减速器的本文以普通圆柱四油腔滑动轴承为研究对轴承多采用圆柱滚子轴承或调心滚子轴承。滚动象，其结构参数如下：轴承直径为30mm，轴承长轴承承载能力小，易于损坏，尤其是抽油机减速度为20mm，轴承半径间隙为0．03mm，进油孔直器中的滚动轴承，当滚动轴承损坏时，会造成齿径为2mm，偏位角45。，偏心率按0．1，0．2，0．3，轮打齿、箱体开裂、端盖撞碎等损失，且滚动轴0．4，O．5

3、五组分别建模，其结构如图1所示。用Pro／承价格昂贵，使抽油机制造成本偏高。在此背景E建立了油膜区域的三维模型后(如图2所示)，下，滑动轴承因其具有低速重载的特性在抽油机导入Gambit中进行网格划分。中得到越来越多的应用。计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics，CFD)可通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体的系统做计算分析。CFD的基本思想是把原来在时间域及空间域上的连续物理量场用一系列的有限个单元进行离散化，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程，然后求解代数方程组获得场变量的近似值，它适合于无法运用经验公图

4、1滑动轴承结构示意图式进行分析的复杂流域。通过CFD模拟，可以分析并且显示复杂流体流动过程中发生的现象，及时预测流体在模拟区域的流动性能，并通过改变各种参数，得到最佳设计方案，从而缩短设计周期，减少设计阶段人力物力的投入[1l2-3】。本文以FLUENT为分析工具，建立了抽油机滑动轴承内流场模型，分析了该流场在不同偏心率、不同压力入口条件下的压力分布，研究了其承载力与偏心率、入口压力间的关系。l滑动轴承模型的建立图2滑动轴承内流场模型●⋯●●●●●●●●●⋯●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●-●●●●●-●⋯

5、⋯-●●⋯⋯⋯●●●⋯⋯●●-⋯⋯⋯本文分析的滑动轴承是一种带楔形储油腔作者简介：龙华(1982一)，男，毕业于长江大学机械设计制的油膜轴承，在适当的位置开设了适当数量的腔造及自动化专业，现从事油田三抽方面的研究。第2期龙华基于FLUENT的抽油机用滑动轴承数值模拟一21—1．2网格生成态为层流，因此采用层流模型对滑动轴承内流场进行求解。以偏心率为0．4的模型为例，采用四面体划分网格单元。轴承半径间隙为0．03mm，且有0．4的偏边界条件：四个进油口设置为压力入口，心率，直接导致模型最薄处尺寸只有0．018ram，压力边界按大小分为3．5MPa、3MPa、2．5MPa、而这部

6、分网格若划分较大，极易造成网格扭曲率2MPa四组，方向为垂直入口面向里；两个端面大和最小体积为负的情况，降低网格质量，进而出油口设置为压力出口，压力大小与外界环境压影响计算。故需要将模型薄壁处细划网格，而楔力相等，设置为101325Pa，方向为垂直出口面向形储油腔处因为尺寸稍大，可以粗划网格。本文外；其他部分设置为壁面边界。将流场模型偏心圆柱面的上下两个底圆进行线打2CFD基本控制方程断处理如图3所示，这样就可对薄壁处进行细化网流体流动遵循的物理定律，是建立流体运动格，而对楔形油腔处粗划网格，并且不会产生过基本方程的依据。这些定律主要包括质量守恒、渡区域网格单元扭曲率大的现象

7、。动量守恒、动量矩守恒、能量守恒、热力学第二定律，加上状态方程、本构方程等]。2．1质量守恒方程(连续性方程)在流场中，流体通过控制面A1流入控制体，同时也会通过另一部分控制面A2流出控制体，在这期间控制体内部的流体质量也会发生变化。按照质量守恒定律，流入的质量与流出的质量之@-一差，应该等于控制体内流体质量的增量，由此可{1}以导出流体流动连续性方程的积分形式为：图a打断前图b打断后图3偏心圆柱面底圆线打断处理图『J』pdx,b,dz_0㈩式中：v表示控制体，A表示控制面。等式左综合考虑网格质量，经过